Free Vibration Analysis of Layered Composite Beams with Delamination Damage


Creative Commons License

Kahya V. , Şimşek S.

II. International Conference on Innovative Engineering Applications (CIEA’2021), Muş, Turkey, 20 - 22 May 2021, pp.388-396

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Muş
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.388-396

Abstract

In this study, free vibrations of laminated composite beams under various delamination scenarios are discussed. The finite element model of the problem is based on Reddy's delaminated beam theory. Here, it is assumed that the displacement field for each layer forming the composite beam changes as linear Lagrange polynomials; the terms expressing the sliding of the layers over each other and the separation of the layers due to delamination are taken into account. Equations of motion are derived using the Hamilton’s principle; finite element mass and stiffness matrices are then obtained from here using the Galerkin method. For comparison, a three-dimensional model of the problem is created in ANSYS® finite element software via the SOLID185 element. Two different approaches have been considered in modeling the delaminated surface. In the first of these, the free movement of the nodal points on the delaminated surfaces is allowed; In the second, these nodes are provided to move together with the help of contact elements. The results obtained for various delamination scenarios are presented comparatively. It has been observed that the results are compatible with each other.

Bu çalışmada, tabakalı kompozit kirişlerin çeşitli delaminasyon senaryoları altında serbest titreşimleri ele alınmıştır. Problemin sonlu eleman modeli, Reddy’nin delaminasyonlu kiriş teorisine dayanmaktadır. Burada, kompozit kirişi oluşturan her tabaka için yer değiştirme alanının doğrusal Lagrange polinomları şeklinde değiştiği kabul edilmiş; delaminasyon sebebiyle tabakaların birbiri üzerinden kayması ve tabakaların birbirlerinden ayrılmasını ifade eden terimler hesaba katılmıştır. Hamilton ilkesi kullanılarak hareket denklemleri türetilmiş; buradan da Galerkin yöntemiyle sonlu eleman kütle ve rijitlik matrisleri elde edilmiştir. Karşılaştırma amacıyla problemin ANSYS® sonlu eleman programında üç boyutlu modeli oluşturulmuştur. Bunun için SOLID185 elemanı kullanılmış; delaminasyonlu yüzeyin modellenmesinde iki farklı yol göz önüne alınmıştır. Bunlardan birincisinde, delaminasyonlu yüzeylerdeki düğüm noktalarının serbest hareketine izin verilmiş; ikinci yolda ise, bu düğüm noktalarının temas elemanları yardımıyla birlikte hareket etmeleri sağlanmıştır. Çeşitli delaminasyon senaryoları için elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür.